KR20080064761A - 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
상이한 파장을 가진 복수의 광에 대해 실질적으로 동일한 감도를 가진 포토 다이오드를 구비한 반도체 장치가 공개되며, 이 장치는, 제 1 도전형 반도체 층과, 상기 제 1 도전형 반도체 층의 표면층부에 형성된 제 2 도전형 반도체 층을 구비하며, 제 1 파장의 광에 대한 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도가, 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층에 역 바이어스가 인가될 때 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 접합면으로 공핍층이 확산되는 영역을 설계함으로써, 예컨대, 제 2 도전형 반도체 층의 표면으로부터 깊이 방향으로 3 내지 6 ㎛의 영역 또는 2 내지 7 ㎛의 영역으로 확산하도록 상기 영역을 설계함으로써, 실질적으로 동일해진다.
감도, 포토 다이오드, 역 바이어스, 접합면, 공핍층, 확산
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 상이한 파장들을 가진 복수의 광을 수신하는 포토 다이오드를 가진 반도체 장치에 관한 것이다.
각종 광전 변환 장치들에서의 제어용 광 센서 애플리케이션들 및 CD, DVD 및 기타 다른 광 디스크 드라이브에 설치된 광 픽업 애플리케이션을 위해 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 센서로서, 수광 소자들(light receiving elements), 즉 포토 다이오드들이 널리 사용되고 있다.
여러 가지 종류의 상기 포토 다이오드가 존재하지만, 상기 포토 다이오드는 기본적으로 반도체의 pn 접합으로 구성된다.
pn 접합에 역 바이어스를 인가할 때, pn 접합면(pn-junction surface)으로부터 p형 반도체 영역 및 n형 반도체 영역으로 각각 공핍층이 확산된다. 전자-정공쌍은 주로 상기 공핍층에서 흡수되는 광에 의해 발생된다. 상기 전자들은 전계에 의해 이끌려 n형 반도체 영역으로 이동하고, 정공들(holes)은 p형 반도체 영역들로 이동하여 전류로서 검출된다.
특히, p층과 n층 사이에 낮은 농도로 전도 불순물들을 함유한 I층(p-층 또는 n-층)을 제공함으로써, 상기 공핍층이 저전압에 의해 확산될 수 있다. 이를 PIN 포토 다이오드(PIN photo diode)라고 한다.
도 1(a)는 상기 PIN 포토 다이오드의 단면들이다.
예컨대, p-형 반도체 층(11)이 p+형 반도체 기판(10) 상에 형성되고, 또한 n형 반도체 층(12)이 p-형 반도체 층(11)의 표면 영역에 형성되며, 이에 따라 pn 접합이 형성된다.
p+형 반도체 층(13)이 상기 PIN 다이오드 영역을 들러싸도록 형성된다. 이 층은 p형 영역의 취출부(take-out portion of p-region)가 되며, 다른 소자들로부터 상기 PIN 다이오드 영역을 격리시킨다.
실리콘 옥사이드 등으로 구성된 보호 절연막(14)이 n형 반도체 층(12)과 p+형 반도체 층(13)의 상부층에 형성된다. n형 반도체 층(12)과 p+ 형 반도체 층(13)에 각각 도달하는 접촉부들이 개방되고, 취출 전극들(take-out electrodes; 15a, 15b)이 형성된다.
도 1(a)에 도시된 PIN 포토 다이오드의 pn 접합에 미리 결정된 역 바이어스를 인가할 때, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 pn 접합면으로부터 p-형 반도체 층(11)과 n형 반도체 층(12)의 방향으로 공핍층(V)이 확산된다.
여기서, 상기 공핍층(V)은 캐리어들의 전체 개수가 n측과 p측에서 동일해지도록 확산되며, 이에 따라 낮은 캐리어 농도를 가진 p-형 반도체 층(11)측으로 더 확산된다.
하지만, 상기 종래의 PIN 포토 다이오드와 같은 포토 다이오드는 통상적으로, 특정 파장, 예컨대 CD 시스템에 사용될 때 거의 780nm, DVD 시스템에 사용될 때 거의 650 nm의 파장을 가진 광에 최적화된 구조로 설계된다. 일반적으로, 동일한 구조의 포토 다이오드에서는, 수광 감도(light receiving sensitivity)가 파장에 크게 의존되며, 이에 따라 동일한 포토 다이오드에 의해 또는 동일 기판상에 존재하는 동일 구조의 복수의 포토 다이오드들에 의해 780 nm 및 650 nm의 파장들을 가진 광과 같이 상이한 파장들을 가진 복수의 광을 수신하고자 할 때, 상기 감도는 상이한 파장들에 따라 크게 달라진다. 따라서, 실제 사용을 위해, 필요한 파장 영역에서 감도들을 일치시키는 것이 필요하였다.
수광 감도의 상기 파장 의존성은 레이저 파장 및 포토 다이오드의 구조에 따라 수광 감도가 다르다는 사실로부터 얻어지며, 수광 면에서의 광의 반사가 0 %일 때, 100 %의 양자 효율(quantum efficiency)에서 수광 감도 S = eλ/hc를 나타내며, 따라서, 100%의 양자 효율에서의 수광 감도는 파장이 길어질 때 파장에 비례하여 상승하며, 광의 흡수 길이는 광 파장이 짧아질수록 짧아진다.
본 발명의 목적은 상이한 파장들을 가진 복수의 광에 대해 실질적으로 동일한 감도를 가진 포토 다이오드를 구비한 반도체 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 장치는, 제 1 도전형 반도체 층과, 상기 제 1 도전형 반도체 층의 표면층부에 형성된 제 2 도전형 반도체 층을 구비한 포토 다이오드를 가진 반도체 장치이며, 제 1 파장의 광에 대한 상기 포토 다이오드의 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도는, 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층에 역 바이어스가 인가될 때 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 접합면으로부터 공핍층이 확산되는 영역을 설계함으로써, 실질적으로 동일해진다.
본 발명의 반도체 장치에서, 바람직하게는, 제 1 파장의 광에 대한 상기 포토 다이오드의 감도와 제 2 파장의 광에 대한 감도는, 불순물 농도들, 및 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 상기 역 바이어스들을 설계함으로써, 그리고 공핍층이 확산되는 상기 영역을 설계함으로써, 실질적으로 동일해진다.
바람직하게, 본 발명의 상기 반도체 장치에서, 공핍층은 상기 제 2 도전형 반도체 층의 표면으로부터 깊이 방향으로 3 내지 6 ㎛ 또는 2 내지 7 ㎛의 영역을 포함하는 영역으로 확산하도록 설계된다.
바람직하게, 본 발명의 반도체 장치에서, 상기 제 1 도전형 반도체 층은 상기 제 1 도전형 반도체 층보다 높은 농도로 제 1 도전형 불순물을 함유하는 제 1 도전형 반도체 기판 상에 형성된다.
보다 바람직하게는, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 표면상에 제 1 도전형 불순물의 농도는 적어도 1×1017/cm3이다.
보다 바람직하게는, 상기 제 1 도전형 반도체 기판측에서의 상기 공핍층의 단면(end face)과 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 표면간의 거리는 3 ㎛ 이하이다.
본 발명의 반도체 장치에서, 상기 제 1 파장은 780 nm이고, 상기 제 2 파장은 650 nm이다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 장치는, 제 1 도전형 반도체 기판; 상기 제 1 도전형 반도체 기판 상에 형성되어 상기 제 1 도전형 반도체 기판보다 낮은 농도로 제 1 도전형 불순물을 함유하는 제 1 도전형 반도체 층; 및 상기 제 1 도전형 반도체 층의 표면층부에 형성된 제 2 도전형 반도체 층을 구비하고, 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층에 역 바이어스가 인가될 때 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 접합면으로부터 공핍층을 확산시킴으로써 포토 다이오드가 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 도전형 반도체 층들의 불순물의 농도들은, 제 1 파장의 광에 대한 상기 포토 다이오드의 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도가 실질적으로 동일해지는 공핍층 확산 영역이 형성되도록, 조절된다.
본 발명의 반도체 장치에는, 제 1 도전형 반도체 층과, 상기 제 1 도전형 반도체 층의 표면층부에 형성된 제 2 도전형 반도체 층을 가진 포토 다이오드가 제공되고, 제 1 파장의 광에 대한 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도는 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 불순물 농도와 상기 역 바이어스를 설계함으로써, 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층에 역바이어스들이 인가될 때 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층의 접합면으로 공핍층이 확산하는 영역을 설계함으로써, 및 예컨대, 상기 제 2 도전형 반도체 층의 표면으로부터 깊이 방향으로 3 내지 6 ㎛ 또는 2 내지 7 ㎛의 영역으로 확산하도록 공핍층을 설계함으로써, 실질적으로 동일해진다.
상기 포토 다이오드를 가진 반도체 장치는, 제 1 파장의 광에 대한 포토 다이오드의 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도가 실질적으로 동일해지도록, 따라서 상이한 파장들의 복수의 광에 대해 실질적으로 동일한 감도를 갖도록, 공핍층이 확산하는 영역을 갖도록 설계된 포토 다이오드를 가진 반도체 장치이다.
본 발명의 반도체 장치는, 제 1 도전형 반도체 층보다 높은 농도로 제 1 도전형 불순물을 함유하는 제 1 도전형 반도체 기판 상에 상기 제 1 도전형 반도체 층을 형성함으로써 낮은 전압에 의해 공핍층이 쉽게 확산되는 PIN 포토 다이오드로 제조될 수 있다.
상기 구조에서, 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 제 1 도전형 불순물의 표면 농도를 적어도 1 × 1017/cm3로 하거나, 상기 제 1 도전형 반도체 기판 측에서의 상기 공핍층의 단면과 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 표면간의 거리를 3 ㎛ 이하로 함으로써, 상기 공핍층 아래의 영역에서 필요 이상의 광전 변환을 억제할 수 있고, 상기 장치의 속도가 증가되도록 주파수 특성들을 개선할 수 있다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적은 첨부 도면들을 참조하는 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 보다 명료해진다.
본 발명의 반도체 장치는 제 1 파장(예컨대, 780 nm)의 광에 대한 포토 다이오드의 감도와 제 1 파장과는 다른 제 2 파장(예컨대, 650 nm)의 광에 대한 감도가 실질적으로 동일하도록 공핍층이 미리 결정된 영역으로 확산되게 설계된 포토 다이오드를 가지고 있으며, 따라서 상이한 파장들을 가진 복수의 광에 대해 실질적으로 동일한 감도를 갖게 된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 특허 청구 범위 내의 각종 변형들을 포함함을 주의한다.
이하에서는, 첨부 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들에 대해 설명할 것이다.
이하에서, 본 발명의 일실시예를 도면들을 참조하여 설명할 것이다.
도 2(a)는 본 발명에 따른 Si-기반 PIN 포토 다이오드의 단면도이다.
예컨대, 대략 5×1013/cm3의 불순물 농도를 가진 p- 형 실리콘 반도체 층(11)이 대략 1×1017 내지 1×1019/cm3의 불순물 농도를 가진 p+형 실리콘 반도체 기판(10) 상에 형성되고, 대략 1015/cm3의 n 형 반도체 층(12)이 상기 p- 형 반도체 층(11)의 표면 영역에 형성되며, 이에 의해 pn 접합이 형성된다.
또한, p+형 반도체 층(13)이 상기 PIN 다이오드 영역을 둘러싸도록 형성된다. 이것이 p 영역의 취출부가 되며, 다른 소자들로부터 PIN 다이오드 영역을 격리시킨다.
실리콘 옥사이드 등으로 구성된 보호 절연막(14)이 n형 반도체 층(12)과 p+ 형 반도체 층(13)의 상부층에 형성되며, n형 반도체 층(12)과 p+형 반도체 층(13)에 각각 도달하는 접촉부들이 개방되고, 다결정 실리콘(polycrystalline silicon) 또는 기타 다른 금속들 등으로 구성된 취출 전극들(15a, 15b)이 형성된다.
도 2(a)에 도시된 PIN 포토 다이오드의 pn 접합에 예컨대 대략 2.5 V의 미리 결정된 역바이어스를 인가할 때, 공핍층(V)이 도 2(b)에 도시된 바와 같이 pn 접합면으로부터 p-형 반도체 층(11)과 n형 반도체 층의 방향으로 확산된다.
여기서, 상기 공핍층(V)은 캐리어들의 전체 개수가 n측 및 p측에서 동일해지도록 확산되며, 따라서 낮은 캐리어 농도를 가진 p-형 반도체 층(11)으로 더 확산된 다.
상기 미리 결정된 역 바이어스가 인가될 때 확산하는 공핍층(V)의 깊이와 폭은 광전 변환에 의해 발생된 캐리어들의 개수가 예컨대 다른 두 영역들의 파장들의 광, 즉 CD 시스템에 사용되는 780 nm의 파장 영역과 DVD 시스템에 사용되는 650 nm의 파장 영역의 광에 대해 동일해지도록 설계된다.
즉, 실질적으로 동일한 정도의 감도 및 높은 수광 감도가 상이한 파장들을 가진 복수의 광에 대해 실현된다.
상이한 파장들을 가진 복수의 광에 대해 광전 변환에 의해 발생된 캐리어들의 개수들이 동일해지도록 하는 설계 방법은, 780 nm의 파장 범위와 650 nm의 파장 범위의 경우를 예로 하여 후술될 것이다.
도 3은 실리콘에 입사하는 650 nm(A: 실선) 및 780 nm(B: 점선)의 단파장 광의 광 세기(상대값)의 깊이에 대한 의존성을 나타낸다.
도 3에서는, 650 nm의 광 세기가 부분(a)으로부터 지수 함수적으로 감소하며, 780 nm의 광 세기는 부분(b)으로부터 각각 감소한다.
즉, 깊이(x)에서의 광 세기(Pi)는 다음의 수학식 1에 의해 표현될 수 있다:
이 수학식 1에서, Pi0는 실리콘 표면에서의 광 세기이며, 650 nm의 파장을 가진 광에 의해 값 a로, 780 nm의 파장을 가진 광에 의해 값 b로 된다.
또한, α는 흡수 계수(absorption coefficient)(특히, 650 nm의 파장을 가진 광에 의해 2.7×103/cm로 되고, 780 nm의 파장을 가진 광에 의해 1.2×103/cm로 됨)로 된다.
수학식 1을 기초하여, 깊이 x1 내지 x2의 범위 내에서 흡수된 광은 모두 광전기적으로 변환된다고 할 때, 깊이 x1 내지 x2의 포토 다이오드의 감도 S(x1,x2)는 다음의 수학식 2로 표현된다:
실리콘에 도달하는 광의 반사를 0 %(반사가 없는 상태)로 가정할 때, 하기의 수학식 3이 얻어진다.
여기서, e는 기본 전하량(elementary electric charge)을 나타내고, λ는 파장을 나타내며, h는 플랑크 상수를 나타내고, c는 광속도를 나타낸다.
상기 수학식 3을 기초하여, 수학식 2는 다음과 같이 변형된다.
여기서, 상기 α 값을 입력하고 (x1,x2)를 파라미터로서 설정함으로써, 광이 λ=650 nm 및 λ=780 nm의 파장을 가질 때의 S(x1,x2)의 값들이 실질적으로 동일해질 수 있다.
따라서, 위에서 얻어진 깊이 x1 내지 x2의 영역을 공핍시킬 수 있도록 실리콘 내의 불순물 농도 및 인가될 역 바이어스를 설계함으로써, 650 nm 및 780 nm의 파장들을 가진 광의 광전 변환에 의해 발생된 캐리어들의 개수들, 즉 650 nm 광에 대한 감도와 780 nm 광에 대한 감도는 실질적으로 동일해질 수 있다.
도 3을 참조하면, x 축, x2로부터 x축으로 수직으로 뻗어 있는 점선, 및 도 3에서 광 세기 곡선(A, B)에 의해 둘러싸인 영역의 면적은 각각의 파장들에서 깊이 x1 내지 x2 사이에서의 수광 감도이다.
예를 들면, x1 = 2 ㎛ 및 x2 = 7 ㎛로 가정하면, 하기의 식이 얻어진다.
S(x1,x2)(λ = 650 nm) = 0.224 A/W
S(x1,x2)(λ = 780 nm) = 0.219 A/W
650 nm 광에 대한 감도와 780 nm 광에 대한 감도는 실질적으로 동일해질 수 있다.
또한, x1 = 3 ㎛와 x2 = 6 ㎛로 설정함으로써, 650 nm 광에 대한 감도와 780 nm 광에 대한 감도가 동일한 방식으로 실질적으로 동일해질 수 있다.
또한, 상기 공핍층 이외의 영역들에 입사하는 광은 포토 다이오드의 감도에 기여하지만 상기 공핍층에 입사하는 광의 광전 변환율이 가장 높고, 역으로 공핍층 이외의 높은 불순물 농도의 영역들에 광이 입사할 때 캐리어들로의 변환(전자들과 정공들의 분리) 직후의 재결합 가능성이 높아져 광전 변환율이 낮아진다.
상기 공핍층 이외의 낮은 불순물 농도의 영역들(p- 영역 또는 n- 영역과 같은 I 영역)에 광이 입사할 때에는, 캐리어들로의 변환 직후(전자들과 정공들의 분리)의 재결합의 가능성이 높지 않지만, 캐리어에 대한 저항이 낮은 불순물 농도로 인해 높아지며, 따라서, 포토 다이오드의 주파수 특성들은 열악해지고, 보다 높은 속도가 얻어질 수 없다.
따라서, 도 2(b)에서는, 적어도 1×1017/cm3의 p형 불순물의 표면 농도를 가진 기판을 반도체 기판(10)으로 사용하고, 반도체 기판(10) 측 상의 공핍층(V)의 단면(Sa) 및 반도체 기판(10)의 표면(Sb)을 소정의 거리 이하(예컨대, 3㎛ 이하)로 근접시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 공핍층 이외의 낮은 불순물 농도의 영역들에서 발생되는 캐리어들이 감소되며, 포토 다이오드의 주파수 특성들이 개선되고, 높은 속도가 얻어지게 된다.
또한, 상기 공핍층으로부터의 확산 길이 내의 영역들에 입사하는 광에 의해 형성되는 캐리어들이 높은 확률로 광전 변환된다. 또한, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광의 파장이 길수록, 광 세기가 깊게 유지된다. 따라서, 반도체 기 판(10) 측 상의 공핍층(V)의 단면(Sa) 및 반도체 기판(10)의 표면(Sb)을 위에서 설명한 바와 같이 미리 결정된 거리 이하로 근접시킴으로써, 긴 파장측(예컨대, 650 nm 영역에 대해 780 nm 영역)의 광이 650 nm 영역에 대한 수광 감도와 동일한 감도를 얻기 위해 상기 공핍층 아래로 입사할 때의 과잉 광전 변환을 방지할 수 있다.
이상의 사실은 또한 낮은 불순물 농도의 영역(I 영역)이 p- 영역 또는 n- 영역인 경우들 모두에 적용될 수도 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 Si-기반 PIN 포토 다이오드에서는, 광전 변환에 의해 발생된 캐리어들의 개수들이 상이한 파장들, 예컨대, CD 시스템에 사용되는 780 nm 파장의 영역과 DVD 시스템에 사용되는 650 nm 파장의 영역을 가진 두 종류의 광에 대해 미리 결정된 역 바이어스가 인가된 시간에 공핍층(V)의 깊이 및 폭이 제어되며, 이에 따라 상기 다이오드는 780 nm 영역 및 650 nm 영역의 상이한 파장들을 가진 복수의 광에 대해 실질적으로 동일한 감도를 갖게 된다.
(예시들)
약 5×1013/cm3의 낮은 농도의 p형 불순물을 함유한 p-(I)형 실리콘 반도체 층(11)이 1×1018 /cm3의 p형 불순물 농도를 가진 p+형 실리콘 반도체 기판(10) 상에 통상적인 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의해 형성되었고, 약 5×1015/cm3의 n형 불순물을 함유한 n형 반도체 층(12)이 p형 반도체 층(11) 상에 형성되고, 이에 의해 pn 접합을 가진 PIN 포토 다이오드가 형성되었다.
위에서 설명된 바와 같이 형성된 PIN 포토 다이오드의 깊이의 방향에서의 불순물 프로파일이 도 4에 도시된다.
표면으로부터 약 1.5 ㎛의 깊이의 영역(c)에 pn 접합이 형성된다. p형 불순물 농도가 p-(I)형 층으로부터 생기기 시작하는 지점(d)이 상기 표면으로부터 약 8 내지 9 ㎛의 깊이에 형성된다.
2.5 V의 역 바이어스가 상기 구조를 가진 PIN 포토 다이오드에 인가될 때, 도 4에 도시된 바와 같이 약 2 내지 7 ㎛의 깊이의 영역을 포함하는 영역으로 공핍층(V)이 확산된다.
또한, 상기 기판측 상의 공핍층(V)의 단면으로부터 p형 불순물 농도가 생기기 시작하는 지점까지의 거리(기판 측 상의 공핍층의 단면과 기판 표면 간의 거리에 대응)는 3㎛ 이하로 설정될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이 형성된 PIN 포토 다이오드의 수광 감도의 입사광의 파장에 대한 의존성의 측정 결과들은 도 5에 도시되어 있다. 이 도면에서 곡선 e는 수광 감도의 입사광의 파장에 대한 의존성을 나타낸다. 도면에서, 양자 효율이 100 %인 경우에 수광 감도의 입사광의 파장에 대한 이상적인 의존성을 나타내는 실선(f)이 또한 도시되어 있다.
도 5로부터, 650 nm와 780 nm의 경우들에 있어서 위에서 설명한 바와 같이 형성된 PIN 포토 다이오드의 수광 감도는 약 0.42 A/W, 즉 대략 동일한 감도이다.
즉, 공핍층 영역의 깊이 방향에서 위치 및 폭이 위에서와 같이 되도록 설계하고, 상기 공핍층의 하단보다 깊은 부분에서 불순물 농도를 첨예하게 증가시킴으로써, 상기 공핍층보다 깊은 부분에 입사하는 광의 광전 변환 효율을 낮출 수 있게 되고, 650 nm 및 780 nm에서 수광 감도를 대략 동일하게 할 수 있게 된다.
상기 본 실시예에 따른 포토 다이오드를 구비한 반도체 장치는, 듀얼 CD/DVD 시스템에 설치된 광 디스크 드라이브의 수광 소자로서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 예에 한정되지 않는다.
예컨대, 상기 예에서 p형 불순물과 n형 불순물이 교환될 수 있다. 즉, 본 발명은 n-형 반도체 영역의 표면층 부분에 p형 반도체 영역을 가진 PIN 포토 다이오드에 적용될 수 있다.
또한, 감도가 동일하도록 설계된 파장들이 650 nm와 780 nm로 한정되지 않는다. 또한, 650 nm 또는 780 nm에 대해 동일하도록 감도들을 설계하고, CD 또는 DVD 시스템들 이외의 광 디스크 드라이브들에 사용되는 파장을 설계할 수도 있다.
또한, 본 발명은 PIN 포토 다이오드에 한정되지 않으며, 일반적인 포토 다이오드들에도 적용될 수 있다.
이상의 것 외에도, 다양한 변형들이 본 발명의 범위 내에서 행해질 수 있다.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 상이한 파장들을 가진 복수의 광들의 감도가 실질적으로 동일해지도록 하는 포토 다이오드를 구비한 반도체 장치를 제공 한다.
도 1(a)는 관련 기술에 따른 PIN 포토 다이오드의 단면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 PIN 포토 다이오드에 역 바이어스가 인가될 때의 공핍층(depletion layer)의 확산을 나타낸 도면.
도 2(a)는 본 발명에 따른 PIN 포토 다이오드의 단면도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 PIN 포토 다이오드에 역 바이어스가 인가될 때의 공핍층의 확산을 나타낸 도면.
도 3은 실리콘에 입사하는 650 nm(A: 실선)와 780 nm(B: 점선) 단파장 광에 의한 광 세기의 깊이에 대한 의존성을 나타낸 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 PIN 포토 다이오드의 깊이 방향에서의 불순물 프로파일(impurity profile)을 나타낸 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 PIN 포토 다이오드의 감도(sensitivity)의 입사광 파장에 대한 의존성을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : p+형 반도체 기판 11 : p-형 반도체 층
12 : n형 반도체 층 13 : p+형 반도체 층
14 : 보호 절연막(protective insulating film)
V : 공핍층
Claims (9)
- 포토 다이오드를 가진 반도체 장치에 있어서:제 1 도전형 반도체 기판;상기 제 1 도전형 반도체 기판 상에 배치된 제 1 도전형 반도체 층; 및상기 제 1 도전형 반도체 층의 표면부에 형성된 제 2 도전형 반도체 층을 포함하고,상기 포토 다이오드의 제 1 파장의 광에 대한 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도가 실질적으로 동일해지도록, 상기 제 1 도전형 반도체 층과 상기 제 2 도전형 반도체 층에 미리 결정된 양의 역 바이어스가 인가됨으로써, 상기 제 2 도전형 반도체 층의 표면으로부터의 깊이 방향에서 제 1 미리 결정된 양과 제 2 미리 결정된 양 사이의 영역으로 공핍층이 확산되는 영역이 설계되는, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 양의 역 바이어스는 약 2.5 V인, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 미리 결정된 양은 3 ㎛이고, 상기 제 2 미리 결정된 양은 6 ㎛인, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 미리 결정된 양은 2 ㎛이고, 상기 제 2 미리 결정된 양은 7 ㎛인, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서,제 1 도전형 반도체 기판은 상기 제 1 도전형 반도체 층보다 높은 농도로 제 1 도전형 불순물을 함유하는, 반도체 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 도전형 반도체 기판의 제 1 도전형 불순물의 표면 농도는 적어도 1×1017/cm3인, 반도체 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 도전형 반도체 기판측에서의 상기 공핍층의 단면(end face)과 상기 제 1 도전형 반도체 기판의 표면간의 거리는 3 ㎛ 이하인, 반도체 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 파장은 780 nm이고, 상기 제 2 파장은 650 nm인, 반도체 장치.
- 포토 다이오드를 가진 반도체 장치에 있어서,1×1017/cm3 내지 1×1019/cm3의 범위의 표면 불순물 농도를 갖는 p형 반도체 기판;5×1013/cm3의 불순물 농도를 갖고 상기 p형 반도체 기판 상에 형성된 p형 반도체 층; 및1×1015/cm3의 불순물 농도를 갖고 상기 p형 반도체 층 상에 형성된 n형 반도체 층을 포함하고,상기 포토 다이오드의 제 1 파장의 광에 대한 감도와 상기 제 1 파장과는 다른 제 2 파장의 광에 대한 감도가 실질적으로 동일해지도록, 상기 p형 반도체 층과 상기 n형 반도체 층에 미리 결정된 양의 역 바이어스가 인가됨으로써 상기 p형 반도체 층과 상기 n형 반도체 층의 접합면으로부터 공핍층이 확산되는 영역이 설계되고, 상기 p형 반도체 기판의 측에서의 상기 공핍층의 단면과 상기 p형 반도체 기판의 표면은 미리 결정된 거리 이내에 있는, 반도체 장치.
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